电力一次系统与二次系统

1. 一次系统

   • 定义和功能
     • 一次系统是指直接用于生产、输送和分配电能的高压电气设备系统。它的主要功能是将自然界的能源（如化石燃料、水能、风能、太阳能等）转换为电能，并将电能输送到各个用电区域，最后分配给用户使用。一次系统是电力系统的主体部分，是电能的产生、传输和分配的物理基础。
   • 主要设备构成
     • 发电机：在发电环节，不同类型的发电机（如同步发电机）是一次系统的起点。例如，在火力发电厂中，汽轮发电机将蒸汽的机械能转换为电能。发电机的输出电压一般较低，如10 - 20kV左右，需要通过升压变压器将电压升高后再进行远距离输送。
     • 变压器：包括升压变压器和降压变压器。升压变压器安装在发电厂内，将发电机输出的低电压升高到适合输电的高电压，如110kV、220kV、500kV或更高。降压变压器则位于用电负荷中心附近，将输电线路输送来的高电压逐步降低到适合用户使用的电压等级，如10kV、380V/220V等。
     • 输电线路：架空输电线路和电缆输电线路是电能传输的通道。架空输电线路由杆塔、导线、绝缘子和金具等组成，能够长距离输送大量电能。电缆输电线路主要用于城市等对环境美观和安全要求较高的地方，其绝缘性能好，但成本较高。
     • 断路器：断路器是一次系统中用于切断和接通电路的关键设备。当电力系统发生故障（如短路、过载等）时，断路器能够迅速动作，切断故障电流，保护设备和人员安全。它可以在正常运行时根据需要进行电路的切换操作。
     • 隔离开关：隔离开关主要用于隔离电源，保证检修时的安全。它通常在电路无电流或小电流时进行分合闸操作，将需要检修的设备与带电部分隔离开来，形成明显的断开点。
     • 母线：母线是汇集和分配电能的导体。在变电站中，不同电压等级的母线将各个电气设备连接起来，使电能能够在变压器、断路器等设备之间进行传输和分配。

2. 二次系统

   • 定义和功能
     • 二次系统是指对一次系统进行监测、控制、保护和调节的辅助系统。它的主要功能是保证一次系统安全、稳定、高效地运行。二次系统通过采集一次系统的各种运行参数，如电压、电流、功率等，对一次系统进行实时监控和分析，当发现异常情况时能够及时采取措施，如发出报警信号、启动保护装置等。
   • 主要设备构成
     • 继电保护装置：继电保护装置是二次系统的核心设备之一。它能够检测电力系统中的故障（如短路、过流、接地等），并在故障发生时迅速、准确地发出跳闸信号，使故障设备与电力系统隔离，从而保护一次设备免受损坏。例如，当输电线路发生短路故障时，线路保护装置会检测到短路电流的突变，经过判断后在极短的时间内（一般在几十毫秒内）动作，跳开线路两端的断路器，切断故障电流。
     • 测控装置：测控装置用于采集和处理一次系统的运行参数。它可以实时测量电压、电流、功率因数等参数，并将这些数据传输给监控系统。同时，测控装置还可以接收控制命令，对一次设备进行远程操作，如控制断路器的分合闸等。
     • 监控系统（SCADA系统）：监控系统是二次系统的大脑，它对整个电力系统进行集中监控和管理。SCADA系统（数据采集与监视控制系统）可以实时采集各个变电站、发电厂等的运行数据，通过通信网络将这些数据传输到控制中心。在控制中心，运行人员可以通过人机界面直观地查看电力系统的运行状态，如电网的潮流分布、设备的运行参数等。并且当出现异常情况时，系统会发出报警信息，提醒运行人员进行处理。
     • 通信系统：通信系统是二次系统的神经，它负责在各个设备之间传输数据和控制命令。包括站内通信和站间通信。站内通信主要用于变电站内各个二次设备之间的信息传输，如继电保护装置与测控装置之间的通信。站间通信则用于不同变电站、发电厂之间以及变电站与控制中心之间的通信，常用的通信方式有光纤通信、微波通信、电力线载波通信等。例如，光纤通信具有传输容量大、抗干扰能力强等优点，在现代电力系统通信中得到广泛应用。
     • 自动装置：自动装置用于实现电力系统的自动化运行。例如，自动重合闸装置在输电线路发生瞬时性故障（如雷击等）导致断路器跳闸后，能够自动重合断路器，恢复线路供电。如果故障是永久性的，重合闸不成功后会再次跳闸。还有备用电源自动投入装置，当工作电源故障跳闸时，能够自动将备用电源投入，保证用户的不间断供电。